1,4-벤조퀴논
1. 개요
1,4-벤조퀴논은 하이드로퀴논의 산화에 의해 산업적으로 제조되는 유기 화합물이다. 유기 합성에서 수소 수용체 및 산화제로 사용되며, 사진술 및 고무 제조에서 하이드로퀴논의 전구체로 활용된다. 1,4-벤조퀴논은 피부와 호흡기를 자극하며, 독성 대사 산물로 작용하여 안전에 유의해야 한다.
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| IUPAC 명칭 | 사이클로헥사-2,5-다이엔-1,4-다이온 |
|---|---|
| 다른 이름 | 1,4-벤조퀴논 벤조퀴논 p-벤조퀴논 p-퀴논 |
| IUPHAR 리간드 | 6307 |
|---|---|
| ChemSpider ID | 4489 |
| ChEBI | 16509 |
| UNII | 3T006GV98U |
| KEGG | C00472 |
| 3DMet | B01254 |
| EC 번호 | 203-405-2 |
| UN 번호 | 2587 |
| Gmelin | 2741 |
| Beilstein | 773967 |
| InChI | 1/C6H4O2/c7-5-1-2-6(8)4-3-5/h1-4H |
| InChIKey | AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYAR |
| SMILES | C1=CC(=O)C=CC1=O |
| ChEMBL | 8320 |
| 표준 InChI | 1S/C6H4O2/c7-5-1-2-6(8)4-3-5/h1-4H |
| 표준 InChIKey | AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N |
| CAS 등록번호 | 106-51-4 |
| PubChem CID | 4650 |
| RTECS | DK2625000 |
| 분자식 | C6H4O2 |
|---|---|
| 겉모습 | 노란색 고체 |
| 냄새 | 자극적, 염소와 유사 |
| 밀도 | 1.318 g/cm3 (20 °C) |
| 녹는점 | 115 °C |
| 끓는점 | 승화 |
| 용해도 | 11 g/L (18 °C) |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 석유 에테르에 약간 용해됨; 아세톤에 용해됨; 에탄올, 벤젠, 다이에틸 에테르에 10% 용해됨 |
| 증기압 | 0.1 mmHg (25 °C) |
| 자기 감수율 | -38.4·10−6 cm3/mol |
| 주요 위험 | 유독성 |
|---|---|
| 인화점 | 100 ~ 200 °F |
| GHS 그림 문자 | '' |
| GHS 신호어 | 위험 |
| H 문구 | '' |
| P 문구 | '' |
| PEL | TWA 0.4 mg/m3 (0.1 ppm) |
| IDLH | 100 mg/m3 |
| REL | TWA 0.4 mg/m3 (0.1 ppm) |
| LD50 | 296 mg/kg (포유류, 피하) 93.8 mg/kg (쥐, 피하) 8.5 mg/kg (쥐, IP) 5.6 mg/kg (쥐) 130 mg/kg (쥐, 경구) 25 mg/kg (쥐, IV) |
| 관련 작용기 | 케톤 |
|---|---|
| 다른 화합물 | 1,2-벤조퀴논 |
-
벤조퀴논 -
1,2-벤조퀴논
1,2-벤조퀴논은 C2v 대칭성을 가진 유기 화합물로, 벤젠 고리에 인접한 두 개의 케톤 작용기를 가지며, 카테콜 산화나 페놀 오르토 산화 반응으로 생성되고 유기 합성 중간체, 일부 세균 대사 과정, 오르소-퀴논 화합물, 멜라닌과 효소 보조 인자 등에서 발견된다. -
엔온 -
퀴논
퀴논은 벤젠, 나프탈렌 등의 방향족 고리에 케톤 작용기가 결합된 화합물로, 산화환원 반응, 첨가 반응, 딜스-알더 반응 등에 관여하며, 생체 내에서 중요한 역할을 담당하고 다양한 산업 분야에 응용된다. -
엔온 -
테스토스테론
테스토스테론은 남성의 고환에서 분비되는 안드로겐 호르몬으로, 단백질 합성 및 조직 성장을 촉진하고 근육량, 골밀도 증가, 2차 성징 발현, 성욕 증진 등에 관여하며, 남성 성선기능저하증 치료 등에 사용된다. -
산화제 -
왕수
왕수는 진한 질산과 염산을 1:3 몰 비율로 혼합한 것으로, 금이나 백금 같은 귀금속을 녹일 수 있는 강력한 산화력을 가진 용액이며, 염화 금산 제조, 식각, 분석화학 등에 사용된다. -
산화제 -
질산
질산은 강산이자 강력한 산화력을 지닌 무색 액체로, 비료, 폭발물, 나일론 생산 등 산업에 널리 쓰이지만 부식성과 테러 악용 위험성도 있으며, 현재는 주로 암모니아 산화법으로 생산된다.
2. 제조
1,4-벤조퀴논은 하이드로퀴논을 산화시켜 제조할 수 있다. 하이드로퀴논의 산화 반응은 아이오딘이나 아이오딘 염을 촉매로, 과산화수소를 산화제로 사용하여 아이소프로필 알코올과 같은 극성 용매에서 쉽게 일어난다.
1,4-벤조퀴논은 녹는점 부근에서 가열하면 승화하는 성질이 있어, 대기압에서도 승화를 통해 효과적으로 정제할 수 있다. 불순한 1,4-벤조퀴논은 퀴논과 하이드로퀴논이 1:1로 결합한 짙은 녹색의 전하 이동 복합체인 퀴닌하이드론 때문에 어두운 색을 띨 수 있다.
2.1. 산업적 제조
1,4-벤조퀴논은 여러 경로로 얻을 수 있는 하이드로퀴논의 산화에 의해 산업적으로 제조된다. 한 가지 경로는 다이아이소프로필벤젠과 호크 전위 반응의 산화 반응을 포함한다. 순 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:C6H4(CHMe2)2 + 3 O2 → C6H4O2 + 2 OCMe2 + H2O
반응은 비스(과산화물)과 하이드로퀴논을 거쳐 진행된다. 아세톤은 부산물이다.
또 다른 주요 공정은 산성 과산화수소에 의한 페놀의 직접적인 수산화 반응을 포함한다.
:C6H5OH + H2O2 → C6H4(OH)2 + H2O
하이드로퀴논과 카테콜이 모두 생성된다. 하이드로퀴논의 후속 산화 반응은 퀴논을 생성한다.
퀴논은 원래 아닐린의 산화에 의해 산업적으로 제조되었으며, 예를 들어 이산화망가니즈에 의해 제조되었다. 이 방법은 환경 규제가 더 완화된 중화인민공화국에서 주로 사용된다.
하이드로퀴논의 산화는 쉽다. 이러한 방법 중 하나는 극성 용매인 아이소프로필 알코올에서 일어나는 산화를 위한 산화제로 과산화수소를 사용하고 아이오딘 또는 아이오딘 염을 촉매로 사용한다.
녹는점에 가까운 온도로 가열하면, 1,4-벤조퀴논은 승화, 심지어 대기압에서도 승화하여 효과적인 정제를 가능하게 한다. 불순한 시료는 종종 퀴논과 하이드로퀴논의 어두운 녹색 1:1 전하 이동 복합체인 퀴닌하이드론의 존재로 인해 어두운 색을 띤다.
2.2. 기타 제조 방법
1,4-벤조퀴논은 여러 경로로 얻을 수 있는 하이드로퀴논의 산화에 의해 산업적으로 제조된다. 한 가지 경로는 다이아이소프로필벤젠과 호크 전위 반응의 산화 반응을 포함한다. 순 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:C6H4(CHMe2)2 + 3 O2 → C6H4O2 + 2 OCMe2 + H2O
반응은 비스(과산화물)과 하이드로퀴논을 거쳐 진행되며, 아세톤은 부산물이다.
또 다른 주요 공정은 산성 과산화수소에 의한 페놀의 직접적인 수산화 반응을 포함한다.
C6H5OH + H2O2 → C6H4(OH)2 + H2O
하이드로퀴논과 카테콜이 모두 생성된다. 이후 하이드로퀴논을 산화시키면 퀴논을 생성한다.
퀴논은 원래 아닐린의 산화에 의해 산업적으로 제조되었으며, 예를 들어 이산화망가니즈에 의해 제조되었다. 이 방법은 환경 규제가 비교적 덜 엄격한 중화인민공화국에서 주로 사용된다.
하이드로퀴논의 산화는 쉽게 이루어진다. 아이오딘 또는 아이오딘 염을 촉매로 사용하고, 과산화수소를 산화제로 사용하여 아이소프로필 알코올과 같은 극성 용매에서 산화를 진행하는 방법이 있다.
녹는점에 가까운 온도로 가열하면, 1,4-벤조퀴논은 승화하며, 심지어 대기압에서도 승화하여 효과적인 정제가 가능하다. 불순한 1,4-벤조퀴논 시료는 퀴논과 하이드로퀴논의 어두운 녹색 1:1 전하 이동 복합체인 퀴닌하이드론의 존재로 인해 어두운 색을 띠는 경우가 많다.
3. 구조 및 산화/환원 반응
벤조퀴논은 C=C, C=O, C–C 단일 결합이 교대로 나타나는 평면 분자이다. 환원을 통해 더 분산된 구조를 갖는 세미퀴논 음이온 C6H4O2−이 생성된다.
3.1. 산화/환원 반응에서의 역할
벤조퀴논은 C=C, C=O, C–C 단일 결합이 교대로 나타나는 평면 분자이다. 환원을 통해 더 분산된 구조를 갖는 세미퀴논 음이온 C6H4O2−이 생성된다. 추가적인 환원과 양성자 부가 반응을 통해 C6 고리가 완전히 분산된 하이드로퀴논이 생성된다.
4. 반응 및 응용
1,4-벤조퀴논은 사진술과 고무 제조에서 환원제 및 산화 방지제로 사용되는 하이드로퀴논의 전구체로 사용된다. 벤조퀴노늄은 벤조퀴논으로 만들어진 골격근 이완제, 신경절 차단제이다.
4.1. 유기 합성
유기 합성에서 수소 수용체 및 산화제로 사용된다. 1,4-벤조퀴논은 탈수소화 시약으로 작용한다. 또한 디엘스-알더 반응에서 다이엔친핵체로 사용된다.
벤조퀴논은 아세트산 무수물 및 황산과 반응하여 하이드록시퀴놀의 트리아세테이트를 생성한다. 이 반응은 1898년에 처음 기술한 요하네스 틸레와 1900년에 그 반응 메커니즘을 더 자세히 설명한 에른스트 빈터의 이름을 따서 틸레 반응 또는 틸레-빈터 반응이라고 불린다. 메타크로민 A의 전체 합성에 이 반응이 사용된다.
벤조퀴논은 또한 올레핀 메타세시스 반응 동안 이중 결합 이동을 억제하는 데 사용된다.
산성 요오드화 칼륨 용액은 벤조퀴논 용액을 하이드로퀴논으로 환원시키며, 이는 질산 은 용액으로 퀴논으로 다시 산화될 수 있다.
1,4-벤조퀴논은 산화제로서 기능하는 능력 때문에 팔라듐 염이 알켄을 케톤으로 전환하는 것을 촉매하는 바커-쯔지 산화를 사용하는 방법에서 발견될 수 있다. 이 반응은 일반적으로 가압 산소를 산화제로 사용하여 수행되지만, 벤조퀴논이 선호될 수도 있다. 또한 바커 산화의 일부 변형에서 시약으로 사용된다.
1,4-벤조퀴논은 브로마돌 및 관련 유사체의 합성에 사용된다.
4.2. 기타 응용
퀴논은 주로 사진술과 고무 제조에서 환원제 및 산화 방지제로 사용되는 하이드로퀴논의 전구체로 사용된다. 벤조퀴노늄은 벤조퀴논으로 만들어진 골격근 이완제, 신경절 차단제이다.
5. 관련 1,4-벤조퀴논
2,3-다이클로로-5,6-다이사이아노-1,4-벤조퀴논(DDQ)은 1,4-벤조퀴논보다 강력한 산화제이자 탈수소화제이다. 클로라닐(1,4-C6Cl4O2)은 또 다른 강력한 산화제이자 탈수소화제이다. 모노클로로-p-벤조퀴논은 또 다른 약한 산화제이다.
6. 생체 내 대사
1,4-벤조퀴논은 사람 혈액에서 발견되는 독성 대사 산물로, 벤젠이나 휘발유처럼 벤젠 및 벤젠 화합물을 포함하는 혼합물에 노출되었을 때 이를 추적하는 데 사용될 수 있다. 이 화합물은 세포 호흡을 방해할 수 있으며, 심각한 노출을 받은 동물에게서 신장 손상이 발견되었다.
6.1. 독성
1,4-벤조퀴논은 사람의 혈액에서 발견되는 독성 대사 물질로, 벤젠이나 휘발유처럼 벤젠 및 벤젠 화합물을 포함하는 혼합물에 노출되었을 때 이를 추적하는 데 사용될 수 있다. 이 화합물은 세포 호흡을 방해하며, 심하게 노출된 동물에게서는 신장 손상이 발견되기도 했다. 1,4-벤조퀴논은 원래 형태와 그 대사 물질인 하이드로퀴논의 변형된 형태로 배설된다.
7. 안전성
1,4-벤조퀴논은 피부를 짙은 갈색으로 물들일 수 있으며, 홍반(피부의 발적, 발진)을 유발하고 국소적인 조직 괴사로 이어질 수 있다. 특히 눈과 호흡기를 자극하며, 상온에서 승화하는 성질 때문에 공기 중 노출 위험이 크다. 국제 암 연구소(IARC)는 발암성에 대한 증거는 불충분하다고 결론 내렸지만, 혈류로 쉽게 들어가 쥐의 골수 생성을 억제하고 세포 아폽토시스 관련 프로테아제 효소를 억제할 수 있다고 언급했다.
7.1. 위험성
1,4-벤조퀴논은 피부를 짙은 갈색으로 물들일 수 있으며, 홍반(피부의 발적, 발진)을 유발하고 국소적인 조직 괴사로 이어질 수 있다. 특히 눈과 호흡기를 자극한다. 일반적으로 접하는 온도에서 승화하는 능력 때문에 실온 고체에서 예상할 수 있는 것보다 더 큰 공기 중 노출 위험을 초래한다. 국제 암 연구소(IARC)는 이 화합물의 발암성에 대해 언급할 증거가 불충분하다고 결론지었지만, 혈류로 쉽게 들어갈 수 있으며 쥐의 골수 생성을 억제하는 활동을 보였고 세포 아폽토시스에 관련된 프로테아제 효소를 억제할 수 있다고 언급했다.
7.2. 발암성
1,4-벤조퀴논은 피부를 짙은 갈색으로 물들일 수 있으며, 홍반(피부의 발적, 발진)을 유발하고 국소적인 조직 괴사로 이어질 수 있다. 특히 눈과 호흡기를 자극한다. 일반적으로 접하는 온도에서 승화하는 능력 때문에 실온 고체에서 예상할 수 있는 것보다 더 큰 공기 중 노출 위험을 초래한다. 국제 암 연구소(IARC)는 이 화합물의 발암성에 대해 언급할 증거가 불충분하다고 결론지었지만, 혈류로 쉽게 들어갈 수 있으며 쥐의 골수 생성을 억제하는 활동을 보였고 세포 아폽토시스에 관련된 프로테아제 효소를 억제할 수 있다고 언급했다.